CÁLCULO ESTRUCTURAL Hacienda de Chacabuco - Huechun - Rungue

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2 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL VIVIENDA UNIFAMILIAR PROPIEDAD ROL: RIQUELME 431, PAPUDO. COMUNA DE PAPUDO PROVINCIA DE PETORCA REGIÓN DE VALPARAÍSO PROFESIONAL ACTUANTE JUAN LUIS MENARES RODRÍGUEZ RUT:

3 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA NORMAS CONSIDERADAS ACCIONES CONSIDERADAS Gravitatorias Viento Sismo Datos generales de sismo Hipótesis de carga ESTADOS LÍMITE SITUACIONES DE PROYECTO Coeficientes parciales de seguridad ( ) y coeficientes de combinación ( ) Combinaciones DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS Pilares DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA MATERIALES UTILIZADOS Hormigones Aceros por elemento y posición Aceros en barras Aceros y madera en perfiles CONCLUSIÓN Y ALCANCES 12

4 1.- INTRODUCCIÓN Se ha solicitado realizar el diseño estructural de vivienda unifamiliar, en lote ubicado en la comuna de Papudo. Obra en entramados de madera con la adición de pórticos de acero. La edificación se clasifica en categoría II -destino habitación-. El suelo es de clase B, en altos grados de compacidad, presencia de árido granular y velocidad de propagación con ondas de corte in-situ (Vs) no mayor a 500 m/s. La edificación es ejecutada en dos pisos, sobre estructura primaria de marcos rígidos de acero y madera, todos fundados sobre zapatas corridas de hormigón armado. Ambos pisos cuentan con envolventes livianas de madera, de tipo panel seco, entre pilares. En cubierta se estructura enteramente mediante diafragmas y reticulados de madera. 2.- DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA La obra es de volumen único, en dos pisos de altura, sin niveles intermedios, sobre terreno llano, con exposición a los vientos tipo C. Está estructurada en base a paneles de madera en todos los muros del primer y segundo nivel y diafragmas de madera en el entramado de techumbre y cubierta. Adicionalmente el primer piso cuenta con pórticos auxiliares de acero, para colaborar con el arriostramiento del volumen y el soporte de los planos de piso superior. El segundo piso se desarrolla enteramente en pórticos y envolventes de madera. Todos los materiales según estándar vigente en NCHs aplicables, considerados en estado de fábrica y tratados contra humedad y horadadores. La construcción se cimenta sobre zapatas corridas de hormigón armado y pilares maestros de madera y acero -con vinculación exterior- que acometen a estos apoyos mediando una cadena inferior de hormigón armado a la que se apernan los anclajes de tabiquería-. El cuerpo de cimentación en hormigón armado reposa sobre suelos clase B, de la zona sísmica 3, según tablas de la Nch 433. En su interior cuenta con pavimento de madera en segundo piso y radier de hormigón armado sobre la rasante de suelos debidamente escarpada-. Ante la eventualidad de arcillas expansivas, los pavimentos del radier y caras sobre el sello de fundación, contarán con enmallado inferior a especificar en planos. Para el cálculo de desempeño dinámico las estructuras de cubierta entramados de madera-, más el peso propio de sus paneles aglomerados y terminaciones, son considerados como carga muerta. Se exceptúan las vigas maestras de la planta de techumbre (marcos rígidos en remate de muros) especificadas para sustentar dichas cargas de manera eficaz. Todas las obras se realizan sobre suelo natural, libre de rellenos y debidamente protegido del escurrimiento de aguas en general. La planta no se descompone en volúmenes separados por junta de dilatación al ser simétrica y de pequeña superficie. Las aguas lluvias se conducen a patio interior permeable a fin de no afectar los suelos vecinos y espacios de la obra por ejecutar. 3.- NORMAS CONSIDERADAS NCh427 Estructuras de acero diseño y cálculo - laminados metálicos. NCh430 Of2008 Hormigón armado - Requisitos de diseño y cálculo. INN, Chile. NCh431 Of1977 Construcción Sobrecargas de nieve. INN, Chile. NCh432 Of1971 Cálculo de la acción del viento sobre las construcciones. INN, Chile. NCh433 Of1996 Diseño sísmico de edificios. INN, Chile. NCh433 Of1996 modificada en Decreto N 61, NCh1198 Of2006 Madera Construcciones en madera Cálculo. INN, Chile. NCh1537 Of2009 Diseño estructural de edificios Cargas permanentes y sobrecargas de Uso. INN, Chile. NCh1928 Of1993 Albañilería Armada Requisitos para el diseño y cálculo. INN, Chile. NCh1928 Of1993 modificada en NCh3171 Of2010 Diseño estructural Disposiciones generales y combinaciones de carga. INN, Chile. ACI Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. AISC 2005 Specification for structural steel buildings. American Institute of Steel Construction. Página 3

5 4.- ACCIONES CONSIDERADAS Gravitatorias Planta S.C.U (t/m²) Cargas muertas (t/m²) PLANTA ESTRUCTURAS REMATE PLANTA ESTRUCTURAS PISO PLANTA ESTRUCTURAS PISO Viento NCh Diseño estructural. Cargas de viento Categoría del terreno: Categoría C Velocidad básica del viento: m/s Categoría de uso: Categoría II Tipo de terreno: Llano Plantas Anchos de banda Ancho de banda Y (m) Ancho de banda X (m) En todas las plantas No se realiza análisis de los efectos de 2º orden Coeficientes de Cargas +X: Y: X:1.00 -Y:1.00 Planta Cargas de viento Viento X (t) Viento Y (t) PLANTA ESTRUCTURAS REMATE PLANTA ESTRUCTURAS PISO Sismo Norma utilizada: NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dº nº61, de 2011) Norma Chilena Oficial Diseño Sísmico de Edificios (Incluye modificaciones del decreto nº 61 (V. y U.) de 2011) Método de cálculo: Análisis modal espectral (NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dº nº61, de 2011), 6.3) Datos generales de sismo Caracterización del emplazamiento Zona sísmica (NCh433.Of1996 Mod.2009, 4.1): 3 Clase de suelo (Dº nº61 de 2011, Artículo 6): B Página 4

6 Sistema estructural R 0X : Factor de modificación de respuesta (X) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) R 0Y : Factor de modificación de respuesta (Y) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) Categoría del edificio (NCh433.Of1996 Mod.2009, 4.3): Categoría II R 0X : R 0Y : Parámetros de cálculo Número de modos de vibración que intervienen en el análisis: Según norma Fracción de sobrecarga de uso Fracción de sobrecarga de nieve Factor multiplicador del espectro Verificación de la condición de cortante basal: Según norma : 0.50 : 0.50 : 1.00 No se realiza análisis de los efectos de 2º orden Criterio de armado a aplicar por ductilidad: Según NCh430.Of2008, Capítulo 21 Direcciones de análisis Acción sísmica según X Acción sísmica según Y Proyección en planta de la obra Hipótesis de carga Automáticas Peso propio Cargas muertas Sobrecarga de uso Sismo X Sismo Y Viento +X exc.+ Viento +X exc.- Viento -X exc.+ Viento -X exc.- Viento +Y exc.+ Viento +Y exc.- Viento -Y exc.+ Viento -Y exc ESTADOS LÍMITE E.L.U. de rotura. Hormigón ACI (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones Acero conformado Acero laminado Tensiones sobre el terreno Desplazamientos Acciones características Página 5

7 6.- SITUACIONES DE PROYECTO Para las distintas situaciones de proyecto, las combinaciones de acciones se definirán de acuerdo con los siguientes criterios: - Situaciones persistentes o transitorias - Situaciones sísmicas - Donde: Gj kj P k Qi ki j 1 i 1 G P Q G P A Q Gj kj P k AE E Qi ki j 1 i 1 G k Acción permanente P k Acción de pretensado Q k Acción variable A E Acción sísmica G Coeficiente parcial de seguridad de las acciones permanentes P Coeficiente parcial de seguridad de la acción de pretensado Q,1 Coeficiente parcial de seguridad de la acción variable principal Q,i Coeficiente parcial de seguridad de las acciones variables de acompañamiento AE Coeficiente parcial de seguridad de la acción sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) y coeficientes de combinación ( ) Para cada situación de proyecto y estado límite los coeficientes a utilizar serán: E.L.U. de rotura. Hormigón: ACI (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones: ACI (Chile) Situación 1 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Situación 2 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Situación 3 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Página 6

8 Situación 4 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Acero conformado: NCh427 Acero laminado: NCh427 Tensiones sobre el terreno Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Desplazamientos Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Página 7

9 6.2.- Combinaciones Nombres de las hipótesis PP Peso propio CM Cargas muertas Qa Sobrecarga de uso V(+X exc.+) Viento +X exc.+ V(+X exc.-) Viento +X exc.- V(-X exc.+) Viento -X exc.+ V(-X exc.-) Viento -X exc.- V(+Y exc.+) Viento +Y exc.+ V(+Y exc.-) Viento +Y exc.- V(-Y exc.+) Viento -Y exc.+ V(-Y exc.-) Viento -Y exc.- SX Sismo X SY Sismo Y E.L.U. de rotura. Hormigón E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY Página 8

10 Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY Acero conformado Acero laminado Tensiones sobre el terreno Desplazamientos Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS Grupo Nombre del grupo Planta Nombre planta Altura Cota 2 PLANTA ESTRUCTURAS REMATE 2 PLANTA ESTRUCTURAS REMATE PLANTA ESTRUCTURAS PISO 2 1 PLANTA ESTRUCTURAS PISO PLANTA ESTRUCTURAS PISO DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS Pilares GI: grupo inicial GF: grupo final Ang: ángulo del pilar en grados sexagesimales Página 9

11 Datos de los pilares Referencia Coord(P.Fijo) GI- GF Vinculación exterior Ang. Punto fijo C1 ( 0.05, 17.35) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C2 ( 2.20, 17.35) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C3 ( 5.85, 17.35) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C4 ( 0.05, 16.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C5 ( 5.85, 16.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C6 ( 0.05, 14.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C7 ( 5.85, 14.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C8 ( 0.05, 12.90) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C9 ( 2.20, 12.90) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C10 ( 5.85, 12.90) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C11 ( 0.05, 11.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C12 ( 5.85, 11.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C13 ( 0.05, 9.45) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C14 ( 5.85, 9.45) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C15 ( 0.05, 7.65) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C16 ( 5.85, 7.65) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C17 ( 0.05, 6.35) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C18 ( 5.85, 6.35) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C19 ( 0.05, 4.75) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C20 ( 5.85, 4.75) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C21 ( 0.05, 3.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C22 ( 5.85, 3.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C23 ( 3.85, 3.05) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C24 ( 0.05, 1.67) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C25 ( 5.85, 1.67) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C26 ( 3.85, 1.67) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C27 ( 0.05, 0.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C28 ( 3.85, 0.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C29 ( 5.85, 0.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C30 ( 2.20, 7.65) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C31 ( 4.85, 7.65) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C32 ( 4.85, 9.45) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C33 ( 4.85, 11.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C34 ( 4.85, 12.90) 0-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C35 ( 2.20, 11.60) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C36 ( 2.50, 12.90) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C37 ( 2.50, 9.76) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C38 ( 2.50, 8.26) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C39 ( 2.50, 6.13) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C40 ( 2.50, 3.05) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C41 ( 3.40, 3.05) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C42 ( 3.40, 6.54) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C43 ( 3.40, 8.04) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C44 ( 3.40, 10.47) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C45 ( 3.40, 12.90) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C46 ( 2.50, 12.11) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior C47 ( 3.40, 12.11) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior C48 ( 3.40, 9.68) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior C49 ( 2.50, 7.48) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior C50 ( 3.40, 7.31) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad inferior C51 ( 3.40, 5.75) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior Página 10

12 Referencia Coord(P.Fijo) GI- GF Vinculación exterior Ang. Punto fijo C52 ( 2.50, 3.82) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad inferior C53 ( 0.05, 8.26) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C54 ( 5.85, 10.47) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C55 ( 5.85, 8.04) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C56 ( 2.20, 12.30) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad inferior C57 ( 4.85, 8.53) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad inferior C58 ( 4.73, 3.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad izquierda C59 ( 5.85, 15.43) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad inferior C60 ( 5.85, 14.67) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad superior C61 ( 1.58, 0.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad izquierda C62 ( 0.82, 0.05) 0-1 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad derecha 9.- DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA Pilar C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17, C18, C19, C20, C21, C22, C23, C34 C24, C25, C26, C27, C28, C29, C30, C31, C32, C33, C35, C56, C57, C58, C59, C60, C61, C62 C36, C37, C38, C39, C40, C41, C42, C43, C44, C45, C46, C47, C48, C49, C50, C51, C52, C53, C54, C55 Planta Dimensiones (cm) Coeficiente de empotramiento Coeficiente de pandeo Cabeza Pie X Y Coeficiente de rigidez axil 2 2(2"x4") x100x (2"x4") (2"x4") MATERIALES UTILIZADOS Hormigones Elemento Hormigón f ck (kp/cm²) c Tamaño máximo del árido (mm) E c (kp/cm²) Todos H Aceros por elemento y posición Aceros en barras Elemento Acero f yk (kp/cm²) Todos A-63-42H s Página 11

13 Aceros y madera en perfiles Tipo de acero para perfiles Acero Límite elástico (kp/cm²) Módulo de elasticidad (kp/cm²) Acero conformado ASTM A Acero laminado ASTM A Elemento Maderas por elemento Madera f yk (kp/cm²) Todos Estructural MDF s 12.- CONCLUSIÓN Y ALCANCES Para el análisis y diseño se utilizó el método estático que estipula la norma NCh 433 of 2011 vigente, obteniendo los resultados reflejados en los planos estructurales. Todos los materiales según estándar y normativa aplicable, en estado de fábrica y tratados ante humedad, corrosión y horadadores. Su calidad será verificada por la constructora responsable en comunicación con el propietario. Se realiza el estudio dinámico y se establece las soluciones requeridas -para el buen comportamiento mecánico de estructuras-, en base a categorías de suelo y factores definidos según la región y uso, además de informaciones previas extendidas por el mandante. La inspección técnica de obras idónea, será subcontratada por el dueño a terceros. El mismo verificará el grado profesional o certificación académica de los equipos correspondientes. Se responsabilizan del correcto desempeño de estructuras los profesionales actuantes que corresponden a cada etapa de ejecución de faenas. Se podrá especificar en obra accesorios estructurales de tipo secundario y terciario, previo visto bueno del arquitecto proyectista y el calculista con la correspondiente declaración en el libro de obras-. JUAN LUIS MENARES RODRÍGUEZ ARQUITECTO Página 12

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